JP6942159B2

JP6942159B2 - 点火プラグ

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Publication number: JP6942159B2
Application number: JP2019112896A
Authority: JP
Inventors: 成治中野; 研悟藤村; 翔麻津曲
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2021-09-29
Anticipated expiration: 2039-06-18
Also published as: CN112103770A; US11005237B2; CN112103770B; JP2020205189A; DE102020207440A1; US20200403386A1

Description

本明細書は、点火プラグに関する。

従来から、燃料を燃焼させる装置（例えば、内燃機関）における点火に、点火プラグが用いられている。点火プラグとしては、例えば、貫通孔を有する絶縁体と、貫通孔の先端側に少なくとも一部が挿入された中心電極と、貫通孔の後端側に少なくとも一部が挿入された端子金具と、貫通孔内に配置され、絶縁体の内周面と中心電極とに接触するシール部と、を備える点火プラグが、利用されている。ここで、シール部は、例えば、ガラスを含んでいる。

特開２００５−３４０１７１号公報特表２００９−５４５８６０号公報特開２００７−１７９７８８号公報

ガラスのＳｉＯ_２の含有率が高い場合、ガラスの熱膨張係数が小さくなるので、シール部の耐熱性が向上する。ただし、この場合、ガラスは、硬くなる。ガラスが、更にＮａ成分を含む場合、ガラスの軟化点が低下するので、適切なシール部を形成できる。しかし、Ｎａ成分がシール部から絶縁体に拡散することによって、絶縁体の耐電圧性能が低下する場合があった。

本明細書は、ガラスを含むシール部を備える点火プラグの絶縁体の耐電圧性能の低下を抑制できる技術を開示する。

本明細書に開示された技術は、以下の適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
後端側から先端側に向かって延びる貫通孔を有する絶縁体と、
前記貫通孔の先端側に少なくとも一部が挿入された中心電極と、
前記貫通孔の後端側に少なくとも一部が挿入された端子金具と、
前記貫通孔内に配置され、前記絶縁体の内周面と前記中心電極とに接触するシール部と、
を備える点火プラグであって、
前記シール部は、ガラスと導電性物質とを含み、
前記シール部の前記ガラスは、
ＳｉＯ_２酸化物に換算して、５０質量％以上のＳｉ成分と、
Ｎａ_２Ｏ酸化物に換算して、０．１質量％以上、１質量％未満のＮａ成分と、
を含む、
点火プラグ。

この構成によれば、絶縁体の内周面と中心電極とに接触するシール部がガラスを含み、ガラスは、ＳｉＯ_２酸化物に換算して５０質量％以上のＳｉ成分を含むので、シール部の耐熱性を向上できる。また、ガラスは、Ｎａ_２Ｏ酸化物に換算して、０．１質量％以上、１質量％未満のＮａ成分を含むので、適切なシール部を製造でき、Ｎａ成分の絶縁体への拡散が抑制され、そして、絶縁体の耐電圧性能の低下を抑制できる。

［適用例２］
適用例１に記載の点火プラグであって、
前記ガラスは、Ｎａ_２Ｏ酸化物に換算して、０．３質量％以下のＮａ成分を、含む、
点火プラグ。

この構成によれば、絶縁体の耐電圧性能の低下を、更に抑制できる。

［適用例３］
適用例１または２に記載の点火プラグであって、
前記ガラスは、Ｋ_２Ｏ酸化物に換算して、１質量％以上、８質量％以下のＫ成分を、含む、
点火プラグ。

この構成によれば、Ｋ成分によってガラスの軟化点が低下するので、適切なシール部を形成できる。

なお、本明細書に開示の技術は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、点火プラグや点火プラグを用いた点火装置、その点火プラグを搭載する内燃機関や、その点火プラグを用いた点火装置を搭載する内燃機関等の態様で実現することができる。

一実施形態としての点火プラグ１００の断面図である。（Ａ）、（Ｂ）は、点火プラグのサンプルの構成と試験結果との対応関係を示す表ＴＡ、ＴＢである。（Ａ）は、点火プラグの中心軸を含む断面図の一部分である。（Ｂ）は、絶縁体の軸線ＣＬに垂直な断面の概略図である。

Ａ．実施形態：
図１は、一実施形態としての点火プラグ１００の断面図である。図中には、点火プラグ１００の中心軸ＣＬ（「軸線ＣＬ」とも呼ぶ）と、点火プラグ１００の中心軸ＣＬを含む平らな断面と、が示されている。以下、中心軸ＣＬに平行な方向を「軸線ＣＬの方向」、または、単に「軸線方向」とも呼ぶ。軸線ＣＬを中心とする円の径方向を「径方向」とも呼ぶ。径方向は、軸線ＣＬに垂直な方向である。軸線ＣＬを中心とする円の円周方向を、「周方向」とも呼ぶ。中心軸ＣＬに平行な方向のうち、図１における下方向を先端方向Ｄｆ、または、前方向Ｄｆと呼び、上方向を後端方向Ｄｆｒ、または、後方向Ｄｆｒとも呼ぶ。先端方向Ｄｆは、後述する端子金具４０から中心電極２０に向かう方向である。また、図１における先端方向Ｄｆ側を点火プラグ１００の先端側と呼び、図１における後端方向Ｄｆｒ側を点火プラグ１００の後端側と呼ぶ。

点火プラグ１００は、後方向Ｄｆｒ側から前方向Ｄｆ側に向かって延びる貫通孔１２（軸孔１２とも呼ぶ）を有する筒状の絶縁体１０と、貫通孔１２の先端側で保持される中心電極２０と、貫通孔１２の後端側で保持される端子金具４０と、貫通孔１２内で中心電極２０と端子金具４０との間に配置された中間部材７９と、中心電極２０と中間部材７９とに接触してこれらの部材２０、７９を電気的に接続する導電性の第１シール部７２と、中間部材７９と端子金具４０とに接触してこれらの部材７９、４０電気的に接続する導電性の第２シール部７４と、絶縁体１０の外周側に固定された筒状の主体金具５０と、一端が主体金具５０の環状の先端面５５に接合されるとともに他端が中心電極２０と放電ギャップｇを介して対向するように配置された接地電極３０と、を有している。本実施形態では、中間部材７９は、抵抗体７３で構成されている。

絶縁体１０は、軸線ＣＬに沿って延びる筒状の部材である。絶縁体１０の中央部分には、最も外径が大きい部分である大径部１４が形成されている。大径部１４の後方向Ｄｆｒ側には、大径部１４の外径よりも小さい外径を有する後端側胴部１３が接続されている。大径部１４と後端側胴部１３との接続部分１８では、外径が、後方向Ｄｆｒに向かって、徐々に小さくなっている（接続部分１８を、縮外径部１８とも呼ぶ）。

大径部１４の前方向Ｄｆ側には、大径部１４の外径よりも小さい外径を有する先端側胴部１５が接続されている。先端側胴部１５の前方向Ｄｆ側には、先端側胴部１５の外径よりも小さい外径を有する脚部１９が接続されている。脚部１９は、絶縁体１０の先端を含む部分である。先端側胴部１５と脚部１９との接続部分１６では、外径は、前方向Ｄｆに向かって、徐々に小さくなっている（接続部分１６を、縮外径部１６、または、段部１６とも呼ぶ）。また、先端側胴部１５には、縮内径部１１が設けられている。縮内径部１１の内径は、前方向Ｄｆに向かって、徐々に小さくなっている。

絶縁体１０は、機械的強度と、熱的強度と、電気的強度とを考慮して形成されることが好ましい。絶縁体１０は、例えば、アルミナを焼成して形成されている（他の絶縁材料も採用可能である）。

中心電極２０は、軸線ＣＬに沿って延びる棒状の金属製の部材である。中心電極２０のうち後端方向Ｄｆｒ側の一部分は、絶縁体１０の貫通孔１２の前方向Ｄｆ側の部分に挿入されている。中心電極２０は、棒部２８と、棒部２８の先端に接合（例えば、レーザ溶接）された第１チップ２９と、を有している。棒部２８は、後方向Ｄｆｒ側の部分である頭部２４と、頭部２４の前方向Ｄｆ側に接続された軸部２７と、を有している。軸部２７の形状は、前方向Ｄｆ側に向かって延びる略円柱状である。頭部２４は、軸部２７の外径よりも大きな外径を有する鍔部２３を形成している。鍔部２３のうちの前方向Ｄｆ側の部分は、前方向Ｄｆ側に向かって外径が徐々に小さくなる縮外径部２５を形成している。縮外径部２５は、絶縁体１０の縮内径部１１によって支持されている。軸部２７は、縮外径部２５の前方向Ｄｆ側に接続されている。第１チップ２９は、軸部２７の前方向Ｄｆ側の端に接合されている。

棒部２８は、外層２１と、外層２１の内周側に配置された芯部２２と、を有している。外層２１は、芯部２２よりも耐酸化性に優れる材料（例えば、ニッケルを主成分として含む合金）で形成されている。ここで、主成分は、含有率（質量パーセント（ｗｔ％））が最も高い成分を意味している。芯部２２は、外層２１よりも熱伝導率が高い材料（例えば、純銅、銅を主成分として含む合金、等）で形成されている。第１チップ２９は、棒部２８の外層２１に接合されている。第１チップ２９は、軸部２７よりも放電に対する耐久性に優れる材料（例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）等の貴金属）を用いて形成されている。中心電極２０のうち第１チップ２９を含む前方向Ｄｆ側の一部分は、絶縁体１０の軸孔１２から前方向Ｄｆ側に露出している。なお、第１チップ２９は、省略されてよい。また、芯部２２は、省略されてもよい。

端子金具４０は、軸線ＣＬに沿って延びる棒状の部材である。端子金具４０は、導電性材料を用いて形成されている（例えば、鉄を主成分として含む金属）。端子金具４０のうちの前方向Ｄｆ側の棒状の部分４１は、絶縁体１０の軸孔１２の後方向Ｄｆｒ側の部分に挿入されている。

絶縁体１０の貫通孔１２内の抵抗体７３は、電気的なノイズを抑制するための部材である。抵抗体７３は、例えば、ガラスと導電性材料（例えば、炭素粒子）とセラミック粒子との混合物を用いて形成されている。シール部７２、７４は、導電性材料（例えば、銅や鉄などの金属粒子）とガラスとの混合物を用いて形成されている。中心電極２０は、第１シール部７２、抵抗体７３、第２シール部７４によって、端子金具４０に電気的に接続されている。第１シール部７２は、絶縁体１０の内周面１２ｉと、中心電極２０と、に接触している。

絶縁体１０の貫通孔１２内の部材７２、７３、７４は、例えば、以下のように製造される。中心電極２０、第１シール部７２の材料粉末、抵抗体７３の材料粉末、第２シール部７４の材料粉末が、絶縁体１０の貫通孔１２に、後方向Ｄｆｒ側の開口から、この順番に挿入される。そして、絶縁体１０は、各部材７２、７３、７４のガラス材料の軟化点よりも高い温度まで加熱される。この状態で、端子金具４０が、貫通孔１２の後方向Ｄｆｒ側から挿入される。これにより、各部材７２、７３、７４の材料は、圧縮され、そして、部材７２、７３、７４が形成される。

主体金具５０は、軸線ＣＬに沿って延びる貫通孔５９を有する筒状の部材である。主体金具５０の貫通孔５９には、絶縁体１０が挿入され、主体金具５０は、絶縁体１０の外周に固定されている。主体金具５０は、導電材料（例えば、主成分である鉄を含む炭素鋼等の金属）を用いて形成されている。絶縁体１０の前方向Ｄｆ側の一部は、貫通孔５９の外に露出している。また、絶縁体１０の後方向Ｄｆｒ側の一部は、貫通孔５９の外に露出している。

主体金具５０は、工具係合部５１と、外張出部５４と、先端側胴部５２と、を有している。工具係合部５１は、点火プラグ用のレンチ（図示せず）が嵌合する部分である。外張出部５４は、工具係合部５１よりも前方向Ｄｆ側に配置され、径方向外側に張り出したフランジ状の部分である。外張出部５４の前方向Ｄｆ側の面５４ｆは、座面であり、内燃機関のうちの取付孔を形成する部分である孔形成部（例えば、エンジンヘッドの一部）とのシールを形成する（金具座面５４ｆ、または、単に座面５４ｆとも呼ぶ）。先端側胴部５２は、外張出部５４の前方向Ｄｆ側に接続された部分であり、主体金具５０の先端面５５を含む部分である。先端側胴部５２の外周面には、図示しない内燃機関の取付孔に螺合するための雄ネジが形成された部分であるネジ部５７が設けられている（雄ネジ部５７とも呼ぶ）。軸線ＣＬは、ネジ部５７の雄ネジの中心軸である。ネジ部５７の雄ネジは、軸線ＣＬの方向に延びている。

外張出部５４の座面５４ｆと先端側胴部５２のネジ部５７との間には、環状のガスケット８０が配置されている。ガスケット８０は、座面５４ｆに接触可能なように、主体金具５０に装着されている。ガスケット８０は、点火プラグ１００がエンジンヘッドに取り付けられた際に押し潰されて変形する。このガスケット８０の変形によって、点火プラグ１００とエンジンヘッドとの隙間が封止される。ガスケット８０は、例えば、鉄などの金属で形成されている。

主体金具５０の先端側胴部５２の内周側には、径方向の内側に向かって張り出した内張出部５６が形成されている。内張出部５６の後方向Ｄｆｒ側の面５６ｒ（後面５６ｒとも呼ぶ）では、内径が、前方向Ｄｆに向かって、徐々に小さくなる。内張出部５６の後面５６ｒと、絶縁体１０の縮外径部１６と、の間には、先端側パッキン８が挟まれている。内張出部５６は、パッキン８を介して間接的に、絶縁体１０の段部１６を支持している。以下、内張出部５６を、支持部５６とも呼ぶ。

主体金具５０の工具係合部５１より後端側には、主体金具５０の後端を形成するとともに工具係合部５１と比べて薄肉の部分である後端部５３が形成されている。また、外張出部５４と工具係合部５１との間には、外張出部５４と工具係合部５１とを接続する接続部５８が形成されている。接続部５８の肉厚は、外張出部５４と工具係合部５１とのそれぞれの肉厚と比べて、薄い。主体金具５０の工具係合部５１から後端部５３にかけての内周面と、絶縁体１０の縮外径部１８の後方向Ｄｆｒ側の部分の外周面との間には、円環状のリング部材６１、６２が挿入されている。さらに、これらのリング部材６１、６２の間には、タルク７０の粉末が充填されている。点火プラグ１００の製造工程において、後端部５３が内側に折り曲げられて加締められると、接続部５８が変形し、この結果、主体金具５０と絶縁体１０とが固定される。タルク７０は、この加締め工程の際に圧縮され、主体金具５０と絶縁体１０との間の気密性が高められる。また、パッキン８は、絶縁体１０の縮外径部１６と主体金具５０の内張出部５６との間で押圧され、そして、主体金具５０と絶縁体１０との間をシールする。このように、絶縁体１０は、主体金具５０の内張出部５６と主体金具５０の後端部５３との間で挟持される。

接地電極３０は、金属製の部材であり、棒状の本体部３７を有している。本体部３７の端部３３（基端部３３とも呼ぶ）は、主体金具５０の先端面５５に接合されている（例えば、抵抗溶接）。本体部３７は、主体金具５０に接合された基端部３３から先端方向Ｄｆに向かって延び、中心軸ＣＬに向かって曲がり、軸線ＣＬに交差する方向に延びて、先端部３４に至る。先端部３４の後方向Ｄｆｒ側の面と、中心電極２０の第１チップ２９とは、放電ギャップｇを形成している。

本体部３７は、外層３１と、外層３１の内周側に配置された内層３２と、を有している。外層３１は、内層３２よりも耐酸化性に優れる材料（例えば、ニッケルを主成分として含む合金）で形成されている。内層３２は、外層３１よりも熱伝導率が高い材料（例えば、純銅、銅を主成分として含む合金、等）で形成されている。なお、接地電極３０の先端部３４の後方向Ｄｆｒ側の面には、中心電極２０の第１チップ２９と同様の第２チップが固定されてよい。そして、第１チップと第２チップとが、放電ギャップｇを形成してよい。また、内層３２は、省略されてもよい。

Ｂ．評価試験：
図２（Ａ）は、点火プラグ１００のサンプルの構成と試験結果との対応関係を示す第１表ＴＡである。第１表ＴＡは、サンプルの種類の番号と、カリウムＫの含有率と、ナトリウムＮａの含有率と、耐電圧の評価結果と、焼締まりの評価結果と、の対応関係を示している。評価試験では、１番−６番の６種類のサンプルが、試験された。各サンプルの第１シール部７２は、ガラスと、導電性物質の例である真鍮と、を含んでいる。図１で説明したように、第１シール部７２は、中心電極２０に接触する。中心電極２０は、燃焼ガスから受ける熱によって昇温する。従って、第１シール部７２に含まれるガラスは、良好な耐熱性を有することが好ましい。本評価試験のサンプルでは、ガラスとして、良好な耐熱性を有するホウケイ酸ガラスが用いられた。後述するように、サンプルのガラスでは、耐熱性の向上のために、Ｓｉ成分の含有率が高められている。この結果、ガラスは、硬質である。第１シール部７２と他の部材（例えば、中心電極２０、絶縁体１０）との密着性を向上するためには、ガラスの材料が、ガラスの軟化点を低下させる成分を含むことが好ましい。例えば、アルカリ金属は、ガラスの軟化点を低下させ得る。本評価試験のサンプルでは、ガラスの材料は、Ｎａ成分とＫ成分とを含んでいる。サンプルの製造のための第１シール部７２の材料は、ホウケイ酸ガラスの材料を含んでいる。ホウケイ酸ガラスの材料は、ナトリウムＮａの酸化物（Ｎａ_２Ｏ）とカリウムＫの酸化物（Ｋ_２Ｏ）とを含んでいる。

第１表ＴＡ（図２（Ａ））には、カリウムＫのＫ_２Ｏ酸化物換算の含有率と、ナトリウムＮａのＮａ_２Ｏ酸化物換算の含有率と、が示されている。６種類のサンプルの間では、第１シール部７２のガラスに含まれるＮａ成分の含有率が異なっている。図示を省略するが、第１シール部７２のホウケイ酸ガラスにおいて、６種類のサンプルのそれぞれのＳｉ（ケイ素）成分の含有率は、ＳｉＯ_２酸化物に換算して５５質量％以上、６５質量％以下の範囲内である。６種類のサンプルのそれぞれのＢ（ホウ素）成分の含有率は、Ｂ_２Ｏ_３酸化物に換算して２５質量％以上、３５質量％以下の範囲内である。Ｋ（カリウム）成分の含有率は、第１表ＴＡに示す通り、６種類のサンプルに共通であり、Ｋ_２Ｏ酸化物に換算して、２質量％である。Ｎａ（ナトリウム）成分のＮａ_２Ｏ酸化物換算の含有率は、第１表ＴＡに示す通り、１番から順番に、０、０．１、０．３、０．４、０．９、１質量％である。なお、Ｓｉ成分、Ｂ成分、Ｋ成分、Ｎａ成分のそれぞれの含有率は、ガラスにおける含有率を示している。このような含有率は、ガラスの材料における含有率と同じである。また、サンプルの第１シール部７２の断面を分析することによって、各成分の含有率を特定できる。例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、第１シール部７２の断面上の対象範囲のＳＥＭ画像が撮影される。対象範囲は、例えば、１ｍｍ^２の正方形の範囲である。倍率は、例えば、２００倍である。そして、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyser）を用いる対象範囲の成分分析によって、ガラス相が特定され、ガラス相中の各成分の含有率が特定される。なお、６種類のサンプルの間で、第１シール部７２の各成分の含有率以外の部分の構成（例えば、中心電極２０の形状など）は、同じである。なお、後述する種々の試験の結果の複数種類のサンプルの間の相違は、Ｋの含有率の相違、または、Ｎａの含有率の相違から大きな影響を受けており、Ｓｉの含有率の相違とＢの含有率の相違とからの影響は小さいと推定される。

試験結果としては、耐電圧試験の評価結果と、焼締まりの評価結果とが、示されている。耐電圧試験は、以下の通りである。点火プラグ１００の同じ種類の４個のサンプルが、４気筒、排気量１．６Ｌ、直噴、過給器付のガソリンエンジンに、取り付けられた。各点火プラグ１００の放電ギャップｇの距離は、放電電圧が４０ｋＶ以上となるように、調整された。このエンジンは、スロットル全開（ＷＯＴ（Wide-Open Throttle））の条件下で、１００時間に亘って運転された（実機運転とも呼ぶ）。この実機運転の後に、４個の点火プラグ１００が分解され、絶縁体１０が観察された。絶縁体１０の観察は、以下のように、行われた。

図３（Ａ）は、点火プラグ１００の中心軸ＣＬを含む断面図の一部分である。図中には、中心電極２０の縮外径部２５と、絶縁体１０の縮内径部１１及び縮外径部１６と、主体金具５０の内張出部５６と、を含む部分が示されている。絶縁体１０の縮内径部１１は、中心電極２０の縮外径部２５に接触している。また、絶縁体１０の縮外径部１６は、パッキン８を介して、主体金具５０の内張出部５６によって支持されている。図３（Ａ）の右部には、絶縁体１０の縮内径部１１と縮外径部１６とを含む一部分の拡大図が示されている。この部分拡大図では、説明のために、絶縁体１０の断面のハッチングが省略されている。

中心電極２０と主体金具５０との間には、放電用の高電圧が印加される。従って、絶縁体１０のうち、縮内径部１１と縮外径部１６との間の部分１０ｚには、中心電極２０と主体金具５０とパッキン８とによって、高電圧が印加される。

第１シール部７２のガラスは、アルカリ金属（具体的には、カリウムＫとナトリウムＮａ）を含んでいる。上述したように、中心電極２０は、燃焼ガスから受ける熱によって昇温するので、第１シール部７２と絶縁体１０のうちの中心電極２０の近傍の部分も、昇温する。高温時には、第１シール部７２に含まれるアルカリ金属は移動し易い。アルカリ金属は、絶縁体１０の貫通孔１２の内周面１２ｉから、絶縁体１０の内部に拡散し得る。例えば、アルカリ金属のイオンが、絶縁体１０の内部に拡散する。また、第１シール部７２は、絶縁体１０の縮内径部１１に、接触している。上述したように、絶縁体１０のうち、縮内径部１１と縮外径部１６との間の部分１０ｚには、高電圧が印加される。この結果、アルカリ金属に移動は、促進され得る。なお、一般的に、ナトリウムイオンのイオン半径は、カリウムイオンのイオン半径よりも、小さい。従って、カリウムＫは、絶縁体１０の内部には拡散し難く、ナトリウムＮａは、絶縁体１０の内部に拡散し易い。

図３（Ａ）の右部の拡大図には、ナトリウムＮａの拡散した拡散部分７２ｘが示されている。図示するように、絶縁体１０の内周面１２ｉのうち中心電極２０の縮外径部２５に接している部分の近傍において、ナトリウムＮａが、絶縁体１０の内部に拡散し得る。図３（Ｂ）は、絶縁体１０の軸線ＣＬに垂直な断面の概略図であり、図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面である。この断面は、縮内径部１１の第１シール部７２に接触する部分のうち、縮内径部１１の中心電極２０に接触する部分の近傍を通る断面である。図示するように、ナトリウムＮａの拡散部分７２ｘは、貫通孔１２の内周面１２ｉから絶縁体１０の内部に延びている。拡散部分７２ｘは、内周側から外周側に向かって延びる細長い領域であり得る。現実の絶縁体１０の断面上では、ナトリウムＮａの存在する部分が、黒色に変色している。

このように、絶縁体１０の内部にナトリウムＮａが拡散する場合、ナトリウムＮａを介して絶縁体１０の内部を貫通する貫通放電が生じ得る。図３（Ａ）の右部の拡大図に示された経路Ｐｘは、貫通放電の経路の例である。この経路Ｐｘは、絶縁体１０の縮内径部１１の内周面から、絶縁体１０の内部を通って、縮外径部１６の外周面に至る。この経路Ｐｘは、中心電極２０とパッキン８とを接続している。このような貫通放電が生じた場合、絶縁体１０の外周面上に、経路Ｐｘの痕（例えば、黒点）が観察される。

評価試験では、上記の実機運転の後に、点火プラグ１００のサンプルが分解され、絶縁体１０が取り出された。絶縁体１０からは、絶縁体１０が切断され、第１シール部７２などの他の部材は、取り外される。そして、図３（Ａ）で説明した絶縁体１０の断面と、図３（Ｂ）で説明した絶縁体１０の断面と、が準備される。絶縁体１０の縮内径部１１に対する図３（Ｂ）の断面の中心軸ＣＬに平行な方向の位置は、複数種類のサンプルに共通である。これら２つの断面から、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyser）を用いて、ナトリウムＮａが検索された。絶縁体１０の材料には、ナトリウムＮａは含まれない。従って、絶縁体１０の断面からナトリウムＮａが検出されることは、絶縁体１０の内部へナトリウムＮａが拡散したことを示している。

第１表ＴＡ（図２（Ａ））の耐電圧の試験結果は、上記の実機運転後の４個のサンプルの状態の評価結果を示している。Ａ評価は、４本の絶縁体１０のいずれの断面からも、ナトリウムＮａが検出されなかったことを示している。Ｂ評価は、１以上の絶縁体１０の断面からナトリウムＮａが検出され、かつ、４本の絶縁体１０のいずれからも貫通放電の痕が検出されなかったことを示している。Ｃ評価は、１以上の絶縁体１０から、貫通放電の痕が検出されたことを示している。なお、絶縁体１０の断面からナトリウムＮａが検出されない場合、貫通放電の痕も検出されなかった。

焼締まりの試験結果は、点火プラグ１００の製造時に第１シール部７２の材料が十分に溶融したか否かを示している。具体的には、点火プラグ１００の１本の新しいサンプルが切断され、軸線ＣＬを含む断面が準備される。そして、第１シール部７２の断面が、光学顕微鏡を用いて、観察され、ガラスの材料粉末の粒子が検索される。上述したように、点火プラグ１００の製造時には、第１シール部７２のガラスの材料粉末は、貫通孔１２内で軟化し、そして、端子金具４０の挿入によって圧縮される。ここで、第１シール部７２のうち、端子金具４０から遠い部分には（例えば、中心電極２０の縮外径部２５と絶縁体１０の内周面１２ｉとの間の隙間の部分には）、端子金具４０からの力が伝わり難い。点火プラグ１００の製造時にガラスの材料粉末が十分に柔らかい場合、完成した点火プラグ１００の第１シール部７２の断面からは、ガラスの材料粉末の粒子は検出されない。そして、第１シール部７２と他の部材（例えば、中心電極２０、絶縁体１０）の密着性は、良好である。ガラスの材料粉末が硬すぎる場合、第１シール部７２の断面からガラスの材料粉末の粒子が検出される。そして、第１シール部７２と他の部材との間に、隙間が生じ得る。第１表ＴＡ（図２（Ａ））の焼締まりのＡ評価は、ガラスの材料粉末の粒子が検出されなかったことを示している。Ｂ評価は、ガラスの材料粉末の粒子が検出されたことを示している。

第１表ＴＡに示すように、ナトリウムＮａの含有率が低いほど、耐電圧の評価結果が良好であった。この理由は、ナトリウムＮａの含有率が低いほど、ナトリウムＮａが絶縁体１０の内部に拡散し難いからである。具体的には、Ａ評価の１番、２番、３番の含有率は、０、０．１、０．３質量％であった。Ｂ評価の４番、５番の含有率は、０．４、０．９質量％であった。Ｃ評価の６番の含有率は、１質量％であった。

また、ナトリウムＮａの含有率が高いほど、焼締まりの評価結果が良好であった。この理由は、ナトリウムＮａの含有率が高いほど、点火プラグ１００の製造時に、ガラスの材料が柔らかくなるからである。具体的には、Ａ評価の２番−６番の含有率は、０．１、０．３、０．４、０．９、１質量％であった。Ｂ評価の１番の含有率は、０質量％であった。

ナトリウムＮａの含有率の好ましい範囲は、耐電圧と焼締まりとの良好な評価結果が得られたサンプルの含有率を用いて定められてよい。例えば、ナトリウムＮａの含有率が１質量％よりも小さい１番−５番の耐電圧の評価結果は、Ｂ評価以上であった。また、ナトリウムＮａの含有率が０．１質量％以上である２番−６番の焼締まりの評価結果は、Ａ評価であった。これらから、ナトリウムＮａの含有率は、０．１質量％以上、１質量％未満であってよい。

また、Ｂ評価以上の耐電圧の評価結果とＡ評価の焼締まりの評価結果とを実現したサンプルは、２番−５番である。これらのサンプルのナトリウムＮａの含有率は、０．１、０．３、０．４、０．９質量％であった。ナトリウムＮａの含有率の好ましい範囲を、上記の４個の値を用いて定めてもよい。具体的には、４個の値のうちの任意の値を、含有率の好ましい範囲の下限として採用してよい。例えば、ナトリウムＮａの含有率は、０．１質量％以上であってよい。また、これらの値のうち下限以上の任意の値を、含有率の上限として採用してもよい。例えば、ナトリウムＮａの含有率は、０．９質量％以下であってよい。ナトリウムＮａの含有率が好ましい範囲内である場合、ナトリウムＮａの拡散に起因する貫通放電は抑制され、また、第１シール部７２と他の部材との密着性が向上する。また、２番−５番のサンプルのうち、Ａ評価の耐電圧の評価結果を実現したサンプルは、２番、３番である。これらのサンプルのナトリウムＮａの含有率は、０．１、０．３質量％であった。ナトリウムＮａの含有率の好ましい範囲を、これらの値を用いて定めてもよい。例えば、ナトリウムＮａの含有率は、０．１質量％以上、０．３質量％以下であってよい。

図２（Ｂ）は、点火プラグ１００のサンプルの構成と試験結果との対応関係を示す第２表ＴＢである。第２表ＴＢは、サンプルの種類の番号と、カリウムＫのＫ_２Ｏ酸化物換算の含有率と、ナトリウムＮａのＮａ_２Ｏ酸化物換算の含有率と、耐電圧の評価結果と、焼締まりの評価結果と、気密性の評価結果と、の対応関係を示している。カリウムＫとナトリウムＮａのそれぞれの含有率は、第１表ＴＡの含有率と同様に、第１シール部７２のガラスにおける含有率を示している。評価試験では、７番−１０番の４種類のサンプルが、試験された。図２（Ａ）の１番−６番のサンプルとの差違は、以下の２点である。第１の差違は、４種類のサンプルの間で、第１シール部７２のガラスに含まれるＮａ成分のＮａ_２Ｏ酸化物換算の含有率が、同じ０．２質量％である点である。第２の差違は、４種類のサンプルの間で、第１シール部７２のガラスに含まれるＫ成分のＫ_２Ｏ酸化物換算の含有率が、互いに異なっている点である。具体的には、Ｋ成分のＫ_２Ｏ酸化物換算の含有率は、７番から順番に、１、４、８、１０質量％である。７番−１０番のサンプルの他の部分の構成（例えば、第１シール部７２のガラスにおけるＳｉ成分の含有率の範囲とＢ成分の含有率の範囲や、中心電極２０の形状など）は、１番−６番のサンプルの対応する部分の構成と同じである。耐電圧と焼締まりとのそれぞれの試験と評価の方法は、図２（Ａ）の第１表ＴＡで説明した方法と同じである。

気密性の試験は、以下のように行われた。内燃機関のプラグ取付孔と同様の取付孔を有する加圧キャビティを備える加圧試験台が準備された（図示省略）。この取付孔の雌ネジ部に、主体金具５０（図１）の雄ネジ部５７をねじ込むことによって、加圧キャビティの取付孔に点火プラグ１００のサンプルが装着された。加圧キャビティの内部は、取付孔に取り付けられた点火プラグ１００に対する燃焼室側に相当する。この加圧キャビティの内部の空気の圧力が高められた状態で、絶縁体１０の貫通孔１２の端子金具４０側からの空気の漏洩量が、測定された。圧力は、１．５ＭＰａと、２．５ＭＰａと、の２段階に設定された。圧力が１．５ＭＰａである場合、いずれのサンプルからも、空気の漏洩は検出されなかった。第２表ＴＢに示す気密性の評価結果は、圧力が２．５ＭＰａである場合の漏洩量の評価結果を示している。Ａ評価は、漏洩が検出されなかったことを示している。Ｂ評価は、０．０５ｍｌ／分以下の漏洩が検出されたことを示している。Ｃ評価は、０．０５ｍｌ／分を超える漏洩が検出されたことを示している。

第２表ＴＢに示すように、カリウムＫの種々の含有率において、耐電圧と焼締まりとの評価結果は、Ａ評価であった。このように、種々の含有率のカリウムＫを用いる場合に、耐電圧と焼締まりとの良好な評価結果が得られた。また、カリウムＫの含有率は、第１表ＴＡ（図２（Ａ））で説明したナトリウムＮａの含有率の好ましい範囲と比べて、大きい。これにより、カリウムＫは、ガラスの軟化点を適切に下げることができるので、適切な第１シール部７２を形成できる。また、カリウムＫは、ナトリウムＮａと比べて、拡散し難い。従って、カリウムＫの含有率が大きい場合であっても、カリウムＫの拡散は抑制されるので、耐電圧性能の低下は、抑制される。

また、カリウムＫの含有率が特に高い場合には、気密性が低下した。この理由は、カリウムＫの含有率が高い場合には、ガラスの熱膨張係数が大きくなることによって、第１シール部７２が絶縁体１０の内周面１２ｉから剥離し易くなるからだと推定される。具体的には、Ａ評価の７番と８番の含有率は、１、４質量％であった。Ｂ評価の９番の含有率は、８質量％であった。Ｃ評価の１０番の含有率は、１０質量％であった。

Ｂ評価以上の気密性の評価結果を実現したサンプルは、７番−９番であった。これらのサンプルの耐電圧と焼締まりとのそれぞれの評価結果は、Ａ評価であった。これらのサンプルのカリウムＫの含有率は、１、４、８質量％であった。カリウムＫの含有率の好ましい範囲を、上記の３個の値を用いて定めてもよい。具体的には、３個の値のうちの任意の値を、含有率の好ましい範囲の下限として採用してよい。例えば、カリウムＫの含有率は、１質量％以上であってよい。また、これらの値のうち下限以上の任意の値を、含有率の上限として採用してもよい。例えば、カリウムＫの含有率は、８質量％以下であってよい。カリウムＫの含有率が好ましい範囲内である場合、第１シール部７２と他の部材との間の気密性を向上できる。なお、第１表ＴＡ（図２（Ａ））に示すように、カリウムＫの含有率が一定である場合に、ナトリウムＮａの種々の含有率が、耐電圧と焼締まりとの良好な評価結果を実現できた。従って、カリウムＫの含有率の好ましい範囲は、ナトリウムＮａの含有率の上記の好ましい範囲内の種々のナトリウム含有率に、適用できると推定される。

Ｃ．変形例：
（１）第１シール部７２の構成は、上記の構成に限らず、種々の構成であってよい。例えば、第１シール部７２に含まれるガラスは、ホウケイ酸ガラスに代えて、他の種類のガラスであってよい（例えば、ソーダ石灰ガラス）。いずれの場合も、通常は、ガラスにおけるケイ素Ｓｉの含有率が高いほど、ガラスの熱膨張係数が小さくなる。従って、第１シール部７２の耐熱性の向上のためには、ケイ素Ｓｉの含有率が高いことが好ましい。例えば、ガラスにおけるケイ素Ｓｉの含有率は、ＳｉＯ_２酸化物に換算して、５０質量％以上であることが好ましい。なお、ケイ素Ｓｉの含有率が過度に高い場合、ガラスの軟化点が高くなるので、第１シール部７２と他の部材との密着性が低下し得る。従って、ケイ素Ｓｉの含有率が抑制されていることが好ましい。例えば、ガラスにおけるケイ素Ｓｉの含有率は、ＳｉＯ_２酸化物に換算して、９０質量％以下であることが好ましく、７０質量％以下であることがより好ましい。また、ホウケイ酸ガラスが用いられる場合、ホウ素Ｂの含有率は、上記のサンプルの含有率に限らず、種々の値であってよい。

第１シール部７２のガラスにおけるカリウムＫのＫ_２Ｏ酸化物換算の含有率は、１質量％未満であってもよい。また、第１シール部７２のガラスは、カリウムＫを含まなくてもよい。いずれの場合も、第１シール部７２のガラスが、上記の好ましい含有率のナトリウムＮａを含むことによって、耐電圧と焼締まりとの良好な性能を実現できる。また、第１シール部７２のガラスは、他の種々の成分を含んでよい（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３など）。

また、第１シール部７２に含まれる導電性物質は、上記のサンプルの物質に限らず、鉄、銅などの種々の金属であってよい。

（２）絶縁体１０の貫通孔１２の内部の部材の構成は、上記の構成に代えて、他の種々の構成であってよい。例えば、第２シール部７４の材料は、第１シール部７２の材料とは異なっていてもよい。第２シール部７４は、第１シール部７２ほどには、昇温しない。従って、第２シール部７４の材料の選択では、耐熱性のための制限が緩和される。第２シール部７４の材料は、第１シール部７２の材料と比べて、幅広い種々の材料から、選択されてよい。

また、中間部材７９の構成は、上記の構成に代えて、他の種々の構成であってよい。中間部材７９は、抵抗体７３を含んでよく、抵抗体７３と他の部材（例えば、磁性体）を含んでよい。また、中間部材７９は、抵抗体７３を含まずに、磁性体を含んでよい。また、中間部材７９は、省略されてもよい。この場合、第２シール部７４も省略される。第１シール部７２は、中心電極２０と端子金具４０とを接続する。

（３）点火プラグの構成は、上記の構成に代えて、他の種々の構成であってよい。中心電極の先端面（例えば、図１の第１チップ２９の前方向Ｄｆ側の面）に代えて、中心電極の側面（軸線ＣＬに垂直な方向側の面）と、接地電極とが、放電用のギャップを形成してもよい。放電用のギャップの総数は、２以上であってもよい。先端側パッキン８は、省略されてよい。この場合、主体金具の張出部（例えば、内張出部５６（図１））は、直接的に、絶縁体１０の縮外径部１６を支持する。接地電極３０が省略されてもよい。この場合、点火プラグの中心電極と、燃焼室内の他の部材と、の間で、放電が生じてよい。

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

８…先端側パッキン、１０…絶縁体、１０ｚ…部分、１１…縮内径部、１２…貫通孔（軸孔）、１２ｉ…内周面、１３…後端側胴部、１４…大径部、１５…先端側胴部、１６…縮外径部（段部、接続部分）、１８…縮外径部（接続部分）、１９…脚部、２０…中心電極、２１…外層、２２…芯部、２３…鍔部、２４…頭部、２５…縮外径部、２７…軸部、２８…棒部、２９…第１チップ、３０…接地電極、３１…外層、３２…内層、３３…端部、３３…基端部、３４…先端部、３７…本体部、４０…端子金具、４１…部分、５０…主体金具、５１…工具係合部、５２…先端側胴部、５３…後端部、５４…外張出部、５４ｆ…金具座面、５５…先端面、５６…内張出部（支持部）、５６ｒ…後面、５７…雄ネジ部、５８…接続部、５９…貫通孔、６１…リング部材、７０…タルク、７２…第１シール部、７２ｘ…拡散部分、７３…抵抗体、７４…第２シール部、７９…中間部材、８０…ガスケット、１００…点火プラグ、ｇ…放電ギャップ、ＣＬ…軸線（中心軸）、Ｄｆ…先端方向（前方向）、Ｄｆｒ…後端方向（後方向）、Ｐｘ…経路

Claims

後端側から先端側に向かって延びる貫通孔を有する絶縁体と、
前記貫通孔の先端側に少なくとも一部が挿入された中心電極と、
前記貫通孔の後端側に少なくとも一部が挿入された端子金具と、
前記貫通孔内に配置され、前記絶縁体の内周面と前記中心電極とに接触するシール部と、
を備える点火プラグであって、
前記シール部は、ガラスと導電性物質とを含み、
前記シール部の前記ガラスは、
ＳｉＯ_２酸化物に換算して、５０質量％以上のＳｉ成分と、
Ｎａ_２Ｏ酸化物に換算して、０．１質量％以上、０．９質量％以下のＮａ成分と、
を含む、
点火プラグ。
請求項１に記載の点火プラグであって、
前記ガラスは、Ｎａ_２Ｏ酸化物に換算して、０．３質量％以下のＮａ成分を、含む、
点火プラグ。
請求項１または２に記載の点火プラグであって、
前記ガラスは、Ｋ_２Ｏ酸化物に換算して、１質量％以上、８質量％以下のＫ成分を、含む、
点火プラグ。